FLAWANOIDY, CHALKONY, DIHYDROCHALKONY I DIHYDROFLAWANOLE

Flawanono-7-glikozydy

Gorzkie i gorzko-słodkie substancje, nadające charakterystyczny orzeźwiający smak różnym owocom cytrusowym, izolowano po raz pierwszy ponad sto lat temu. Znaczną grupę tych substancji stanowią flawanono-7-glikozydy (16).

Poszczególne związki z tej grupy, różnią się albo podstawnikami (R1 i R2) w pozycjach 3 ’ i 4 ’ cząsteczki flawanonu, albo jednostkami cukrowymi w pozycji 7 (R3, tabela 2).

16

Te ostatnie są dwucukrami: fi-rutynozą (6-ć?-a-L-ramnopiranozyIo-/?-D-glu- kopiranozą) bądź /3-neohesperydozą (2-0-a-L-ramnopiranozyIo-/?- D-glukopirano- zą). Szczegółowe badania flawanoidów 16 wykazały, żc za gorzki smak związku odpowiedzialny jest fragment sacharydowy. I tak, flawanono-7/J-rutynozydy nie mają smaku (16b,d,f,h), natomiast grupa flawanono-7/J-ncohcsperydozydów

(16a,c,e,g) charakteiyzuje się gorzkim smakiem (Tabela 2).

Flawanony i flawanonoglikozydy są szeroko rozpowszechnione w świecie roś­ linnym, w postaci pigmentów obecnych w liściach, kwiatach i owocach. Stanowią one ważny i łatwy do izolowania surowiec, znajdujący się w dużych stężeniach w skórkach pomarańczy, cytryn i grejpfrutów, stosowany w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i kosmetycznym.

NATURALNE I SYNTETYCZNE NIECUKROWE SUBSTANCJE SŁODKIE 529

Tabela 2. Zależność smaku od struktury cząsteczki naturalnych flawanono-7-glikozydów 16

Związek Nazwa zwyczajowa R1 R2 R3 R4 Smak*

16a Neohesperydyna OCH, OH O-/J-neohesperydozyl OH gorzki

16b Hesperydyna OCHj OH _{O-l3-rutynozyl OH brak} 16c Naringina o h H _{0-/3-neohesperydozyI OH gorzki} 16d Naringinorutynozyd OH H 0-/J-rutynozyI OH brak

16c Poncyryna OCH, H 0-/J-neohesperydozyl OH gorzki

161 Izosakuranotynorutynozyd o c h3 H 0-/J-rutynozyl OH brak I6g Neocriocytryna OH OH 0-/J-neohesperydozyl OH gorzki

161] Eriocytryna OH OH O-p- rutynozyl OH brak " w odniesieniu do sacharozy, której słodkość = 1

Hesperydyna (16b) stanowi główny składnik flawanoidowy pomarańczy (Ci­

trus sinensis) i cytryn (Citrus limoń), podczas gdy naringina (16c) występuje głów­

nie w grejpfrutach (Citrus paradisi Macfad). Neohespeiydyna (16a) znajduje się w pomarańczach hiszpańskich (Citrus aurantilum L.) a poncyryna (16e) w cytry­ nach (Poncirus trifoliata) [47].

Gaffield i wsp. [1] udowodnili, że naringina (I6c), izolowana ze skórek grejp­ fruta, występuje w dwóch enancjomerycznych formach 2R i 2S. Wykazali, że chi- ralność naringiny jest niejako funkcją dojrzałości owocu, ponieważ stosunek izo­ merów 2S do 2R w naringinie izolowanej z niedojrzałego owocu grejpfruta wynosi 9 : 1 , natomiast w owocu dojrzałym zmienia się on na 2 : 3, przy czym izomer 2R charakteryzuje się bardziej gorzkim smakiem niż izomer 2S.

530 M. UHER, H. WÓJTOWICZ

Przy okazji badania wpływu struktury flawanoidów 16 na ich smak, zsyntezo- wano szereg pochodnych 16i-n (Tabela 3), stosując metodą kondensacji 2,6-dihy- droksyacetofenonu bądź 2-hydroksyacetofenonu z izowaniliną i jej pochodnymi w środowisku zasadowym (Schemat 1) [49]. Badania własności organoleptycznych tych związków wykazały, że są one słodkie bądź nie posiadają smaku. Natomiast nie obserwowano związków o smaku gorzkim, co można kojarzyć z faktem, że wszystkie pozbawione były reszt glikozydowych w pozycji 7 pierścienia A (R3 = H; Tabela 2).

Zastąpienie grupy OMe (R1) grupą OEt lub O-n-Pr, wpływało na obniżenie intensywności słodkiego smaku (16j-k), natomiast brak funkcji hydroksylowych w pozycjach 5 i 3’ (R2 i R4) powodował całkowity zanik smaku (161,m,n).

Tabela 3. Wpływ struktury cząsteczki na smak pochodnych flawanonu 16

Związek R1 R2 RJ R" Słodkość" 161 OMe OH H OH 350 16j OEt OH H OH 150 l i k O-n-Pr OH H OH 150 161 OMe OH H H 0 16m OH OMe H OH 0 16n OH H H OH 0

* w odniesieniu do sacharozy, której słodkość - I

Półsyntetyczne dihydrochalkony

Horowitz i Gentili [48] w 1963 roku, zaobserwowali ciekawą zależność. Stwier­ dzili oni, że naturalne flawanoidy owoców cytrusowych 16, poddane katalityczne­ mu uwodornieniu w środowisku zasadowym, tworzą związki posiadające mniej lub bardziej słodki smak. Są to chalkony 17 i dihydrochalkony 18 - otwarto-pierścic- niowe pochodne flawanonów 16 (Schemat 2).

Materiałem wyjściowym do produkcji najsłodszego dihydrochalkonu - neohe- sperydylodihydrochalkonu jest neohesperydyna (16a) uzyskiwana przez ekstrakcję niedojrzałych skórek pomarańczy Sevilla oranges.

Do chwili obecnej znane są jedynie dwa występujące w naturze dihydrochal­ kony: floiyzyna i floretyna - glikozydy izolowane z korzeni drzew jabłoni, śliw i wiśni.

NATURALNE I SYNTETYCZNE NIECUKROWE SUBSTANCJE SŁODKIE 5 3 1 neohespcrdyna 16a R‘ = O M c r2 = o h R3= O-b-ncohcsperydyl R4 = OH neohesperydylochalkon 17 H2, Pd/C neohesperydylodihydrochalkon 18 Schcmat 2

Badania walorów smakowych otrzymanych dihydrochalkonów pozwoliły ustalić następujące zależności: słodkimi dihydrochalkonami okazały się te, otrzymane z gorzkich flawanoidów: naringiny i neohespeiydyny (16c i 16a) - mają one inten­ sywnie słodki smak i są odpowiednio 300 i 1800 razy słodsze od sacharozy. Dihy- drochalkon otrzymany z gorzkiej neocriocytryny (16g) charakteryzuje się lekko słod­ kim smakiem. Natomiast uzyskany z poncyryny (16e) ma gorzki smak, podobnie jak wyjściowy flawanoid [1, 48].

W następnych lalach, w celu znalezienia zależności między budową cząsteczki a jej smakiem [1, 50], zsyntezowano jeszcze wiele pochodnych dihydrochalkonów. Przez analogię do wcześniej opisanych glikozydów, stewiozydu (3a) i glicyryzyny (6a), które zawierają dwie jednostki glikozydowe, zsyntezowano szereg pochod­ nych dihydrochalkonów 18, w których podstawnikiem R były różne bis(glikozydy) [51]. Intensywność słodkiego smaku tych związków była różna, od 400 razy słod­ szych od sacharozy, przez słabo słodkie i niesłodkie do pochodnych o smaku gorz­ kim. Zaobserwowano następujące zależności: intensywność smaku słodkiego wzra­ stała jeśli cząsteczka dihydrohalkonu zawierała jedną lub dwie jednostki mono- sacharydowe. Wprowadzenie do cząsteczki dihydrochalkonu różnych L-cukrów, w miejsce grupy a-L-ramnopiranozylowej, nie obniżało słodkości, natomiast zastą­ pienie reszt L-monosacharydowych D-cukrami, zdecydowanie osłabiało uczucie słodkiego smaku.

Dihydrochalkony są słabo rozpuszczalne w wodzie. W temperaturze pokojo­ wej, rozpuszczalność naringinylodihydrochalkonu wynosi zaledwie 0,94 g/l, a neo- hcsperydylodihydrochalkonu — 0,5 g/l. Wodne roztwory dihydrochalkonów zawie­ rających fragmenty cukrowe, są stabilne w środowisku kwaśnym i nie ulegają hy­ drolizie nawet przy pH poniżej 2. Buforowane roztwory są w temperaturze 10°C stabilne przez 8 godzin w szerokim zakresie pH [1, 52]. Badania farmakologiczne

532 M. UHER, H. WÓJTOWICZ

tych związków wykazały, że są one całkowicie nietoksyczne w dawkach 0,2-1,0 g/kg masy ciała myszy i psów i nie powodują zmian żadnych parametrów bioche­ micznych w organizmie. Nie są one mutagenne, kancerogenne oraz kariogenne. Te właściwości stawiają je w rzędzie bardzo bezpiecznych, środków słodzących.

Półsyntetyczne dihydrochalkony charakteryzują się świeżym mcntolowo-słod- kim smakiem. Przy ich smakowaniu, wrażenie smaku słodkiego utrzymuje się znacz­ nie dłużej (ponad 10 minut), niż w przypadku sacharozy, dlatego maskują one sku­ tecznie nieprzyjemny gorzki smak wielu leków i napojów. Ich walory smakowe są wielokrotnie silniejsze od niektórych syntetycznych substancji słodzących, i tak dihydrochalkony są 2,5 do 7 razy słodsze od sacharyny i 25 do 40 razy słodsze od cyklaminianu sodu.

Neohesperydylodihydrochalkon - jeden z najsłodszych dihydrochalkonów (1800 razy słodszy od sacharozy), został dopuszczony, w wiciu krajach, do stoso­ wania w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, jako bezpieczny środek sło­ dzący. Jego podstawową zaletą jest to, że używa się go w bardzo małych dawkach rzędu 20-50 ppm, jako dodatek do żywności, napojów bezalkoholowych, gum do żucia, słodyczy oraz leków.

Dihydroflawanole (19,2,3-dihydro-2-(3-hydroksy-4-metoksyfenylo)-

-3,5,7-tri-hydroksy-4//-1 -benzopiran-4-ony)

Z pąków lekarskiego ziela Tessaria dodoneifolia należącego do rodziny Aste- raceae, rosnącego w Paragwaju i nazywanego przez miejscową ludność hierba dul­

ce czyli „słodkim ziołem”, Kinghom i wsp. [53] izolowali w 1988 roku nową słod­

ką substancję - octan 3-dihydrokwercetyny (19a), który okazał się 400 razy słod­ szy od sacharozy. W tym samym roku Kasai i wsp. [54] izolowali z bardzo małą wydajnością (0,01%), z suchych liści chińskiego lekarskiego ziela Engelhardtia

chrosolepis, zwanego huang-qi, słodką substancję, która była pierwszym słodkim

NATURALNE I SYNTETYCZNE NIECUKROWE SUBSTANCJE SŁODKIE _{5 3 3}

Związek Nazwa zwyczajowa R1 R2

19a Octan 3-dihydrokweicytyny _{H c h3c=o}

19b 3- 0 -c-L -ram n o 2 y lo tak sy fo lin a H a-L-Rha

19c o c ta n 4 '-m eto k sy -3 -d ih y d ro k w ercy ty n y _{CHa CH3C =0}

W rok później, Kinghom i Soejarto [55] zsyntezowali, z łatwo dostępnego 2,4,6-trihydroksyacctofcnonu i izowaniliny, octan 4’-metoksy-3-dihydro-kwercy- tyny (19c) oraz scharakteryzowali jego walory smakowe. Czysta słodycz tego związ­ ku, nic zabarwiona posmakiem goryczy, jest porównywalna ze słodyczą naturalne­ go związku 19a. Jednak generowanie uczucia słodkiego smaku odbywa się bardzo powoli. Prawdopodobnie grupa hydroksylowa w pozycji 4 ’ dihydroflawanolu 19, jest niezbędna do szybkiego wiązania substancji z receptorem słodkiego smaku. Zastąpienie jej grupą metoksylową utrudnia tworzenie kompleksu receptor-sub- stancja słodka i powoduje dłuższe w czasie, uwalnianie wrażenia słodyczy.

Wyniki badań toksykologicznych dihydroflawanoli nie zostały dotychczas opu­ blikowane.